30種廢舊耐火材料正確的再生利用方法

一、用后耐火材料再利用發(fā)展及現(xiàn)狀

1.國(guó)外情況

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視對(duì)用后耐火材料的再利用，從資源、環(huán)保的高度去認(rèn)識(shí)，甚至制定法令法規(guī)，嚴(yán)格限制用后耐火材料的排放量。極大促進(jìn)了對(duì)用后耐火材料再利用的研究，用后耐火材料再利用率已達(dá)到60%以上。還在不斷提高。

日本有的鋼廠以廢磚為主原料，開發(fā)出了鋼包底周邊搗打料、鋼包澆注料以及定形產(chǎn)品。例如：用85%再生料和15%的新料生產(chǎn)出的電爐熔池部位用不燒鎂磚，以90%的再生料和10%新料生產(chǎn)出的電爐渣線用鎂碳磚，以及全部用再生料生產(chǎn)出的RH底燒成鎂鉻磚等。黑崎公司利用廢舊的剛玉石墨制品作原料開發(fā)了浸入式水口磚;鹿島鋼鐵公司開發(fā)了滑板磚的二次利用工藝，采用表面打磨、澆注料澆注復(fù)原的方法、圓環(huán)鑲嵌法，使修復(fù)后的滑板達(dá)到了新滑板相同的使用效果;出鐵溝的廢舊耐火材料均被重復(fù)使用，它主要用作Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料的骨料。大同特鋼公司知多廠針對(duì)大量用后耐火磚廢棄占地增大的問題，進(jìn)行了廢磚循環(huán)使用技術(shù)的開發(fā)，通過將廢磚用作原料的方法和將廢磚分類、粉碎加工后，調(diào)整成分和粒度再作耐火材料，選擇含MgO-C、Al2O3-MgO-C鋼包廢磚替代輕燒白云石作為L(zhǎng)F(鋼包爐)造渣料，通過工業(yè)性試驗(yàn)，在成渣性、脫S速度方面的精煉能力優(yōu)良，且操作過程中鋼液不沸騰，達(dá)到了預(yù)期的試驗(yàn)效果。選擇A0D爐的白云石廢磚替代CaO作電爐不銹鋼冶煉造渣劑，不僅達(dá)到了取代的冶煉效果，同時(shí)，起到了抑制耐火磚中MgO熔損的作用。選擇MgO-C、MgO廢磚作為主要原材料制備再生耐火磚，以廢磚為主要原材料制備MgO質(zhì)不定形耐火材料和Al2O3質(zhì)搗打料，并成功地應(yīng)用于鋼包熱負(fù)荷低的部位和非嚴(yán)重侵蝕的部位。新日鐵針對(duì)目前作為廢棄處理的用后耐火材料，正準(zhǔn)備采取破碎篩分成粉料，在用熔化粉粒爐將其再生為氧化渣，實(shí)現(xiàn)用后耐火材料的100%循環(huán)使用。

法國(guó)在1987年成立的Valoref公司專門做全球廢棄耐火材料生意。該公司專門處理來(lái)源于法國(guó)和國(guó)外的玻璃窯用耐材。法國(guó)壓鑄玻璃窯用耐火材料回收利用率，1993年是24%，1997年是60%。Valoref公司發(fā)明了許多回收再利用的技術(shù)解決辦法，其原料都來(lái)自于玻璃工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、焚燒工業(yè)的廢棄耐火材料，還開發(fā)了一種最佳回收利用拆爐法。

意大利OfficineMeccanichediPon-zanoVenettO公司開發(fā)出一種回收用后耐火材料的方法，主要用于回收各種窯爐、中間包、鑄錠模和鋼包內(nèi)襯的耐火材料，并將所回收的耐火材料直接噴吹入爐，以保護(hù)爐壁。

美國(guó)以前將廢棄耐火材料少量回收，其余幾乎全被掩埋。1998年美國(guó)能源部、工業(yè)技術(shù)部和鋼鐵生產(chǎn)者聯(lián)合制定了3年計(jì)劃，以延長(zhǎng)耐火材料的使用壽命和回收利用廢棄耐火材料。政府支持企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)合作，加強(qiáng)了對(duì)用后耐火材料的研究，可應(yīng)用的范圍是脫硫劑、爐渣改質(zhì)劑(造渣劑)、濺渣護(hù)爐添加劑、鋁酸鈣水泥的原料、耐火混凝土骨料、鋪路料、陶瓷原料、玻璃工業(yè)原料、屋頂建筑用粒狀材料、磨料、土壤改質(zhì)劑，耐火廠與用戶合作，使廢棄耐火材料量減至最少。美國(guó)還對(duì)用后白云石磚作為土壤調(diào)節(jié)劑和造渣劑進(jìn)行了研究，取得了良好的效果。

印度最早開展廢棄耐火材料的研究工作可以追溯到1978年，首先是在鋼管公司開展的，利用印度鋼管公司(現(xiàn)為TISC0鋼管分公司)加熱爐產(chǎn)生的廢棄高鋁磚(60%-62%氧化鋁)生產(chǎn)可澆注材料(56%氧化鋁)、灰泥(50%氧化鋁)和耐火可塑料。其中所開發(fā)的可澆注材料常用于生產(chǎn)燒嘴磚、阻尼器、瓦片等，并能滿足行業(yè)內(nèi)部要求。

2.國(guó)內(nèi)情況

我國(guó)對(duì)用后耐火材料再利用的研究起步較晚，對(duì)用后耐火材料的再利用率還是很低的，據(jù)有關(guān)報(bào)道，我國(guó)用后耐火材料的再利用率約20%。即使利用的部分，也是以降低產(chǎn)品質(zhì)量為代價(jià)的。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大鋼廠和大部分耐火材料廠，都十分重視用后耐火材料的回收及再利用，不斷開展各方面研究及應(yīng)用。

寶鋼用后耐火材料再利用工作進(jìn)行的較好，高爐主溝澆注料已全部回收用作渣溝澆注料的原料，對(duì)用后鎂碳磚進(jìn)行再生處理后制備的再生鎂碳磚具有抗氧化、抗渣性能強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)。

武鋼將用后鋁鎂碳?xì)埓u經(jīng)分類、清除雜質(zhì)后，人工將黏渣層和過渡層鏟除并進(jìn)行磁選和水化處理，用顎式破碎機(jī)將物料破碎至25mm以下，最后用錘式破碎機(jī)加工成所需要的粒度，制備再生鋁鎂碳磚。

濟(jì)鋼用鋁碳質(zhì)耐火材料(廢棄滑板磚、座磚、水口、塞棒)用于鐵溝搗打料來(lái)代替其中部分高鋁料。以用后鎂鉻磚為原料并按一定比例加入到RH噴補(bǔ)料里，使用效果良好。同時(shí)，制備的再生鎂鉻磚性能較好，在水泥窯和RH的非關(guān)鍵部位有較好的應(yīng)用前景。

重鋼新區(qū)鋼產(chǎn)量達(dá)650萬(wàn)噸/年，用后耐火材料回收量約6萬(wàn)噸。主要用于生產(chǎn)再生鎂碳磚(以轉(zhuǎn)爐和鋼包渣線用后鎂碳磚為原料，經(jīng)過揀選、除去表面雜質(zhì)、水化等處理后進(jìn)行鎂碳磚再生)、再生鎂鉻磚(將用后鎂鉻磚按一定比例加入到RH的噴補(bǔ)料里)、鋼包內(nèi)襯廢鎂鋁尖晶石澆注料重新利用(將回收的鋼包內(nèi)襯廢鎂鋁尖晶石澆注料，以一定比例加水玻璃結(jié)合鎂鋁尖晶石澆注料中，取代原澆注料中的部分新料，不影響原澆注料的使用性能)、鋁碳化硅質(zhì)鐵溝料等(利用廢棄鐵溝料生產(chǎn)的鋁碳化硅碳質(zhì)再生料，用于鋁碳化硅碳磚的生產(chǎn))。

鞍鋼采用鋼包內(nèi)襯用后鋁鎂澆注料作為原料，制備混鐵爐水套內(nèi)襯與中間包永久層澆注料，得到應(yīng)用，不僅滿足了使用性能的要求，同時(shí)，使中間包永久層使用壽命提高40爐次。

國(guó)內(nèi)的耐火材料的再生利用情況見表1。

表1耐材再生利用情況

由于耐火材料品種復(fù)雜，使用的原材料多樣，造成用后耐火材料種類多樣，對(duì)于用后耐火材料的處理，應(yīng)從耐火材料的侵蝕情況、使用部位、耐火材料的種類等方面考慮采用不同的處理工藝。目前國(guó)內(nèi)的鋼廠往往把用后耐火材料進(jìn)行統(tǒng)一堆放處理，這就造成不同品種、不同等級(jí)的耐火材料混雜在一起，分類揀選較困難，對(duì)耐火材料的再生利用不利。對(duì)用后耐火材料的處理應(yīng)從以下幾方面考慮。

1.鋼廠應(yīng)對(duì)用后耐火材料根據(jù)使用部位和品種的不同進(jìn)行分類堆放，便于進(jìn)行揀選，防止混雜和有害物質(zhì)進(jìn)入。

2.對(duì)于分類堆放的用后耐火材料，根據(jù)燒結(jié)程度及侵蝕情況進(jìn)行分別處理。首先進(jìn)行人工揀選，去掉耐火材料表面的鐵、鋼、渣等。

3.對(duì)于不同耐火材料用后侵蝕情況及結(jié)合強(qiáng)度，采用不同的方法進(jìn)行分別處理。

4.對(duì)于滑板等功能原件，由于少量損壞而廢棄的可將侵蝕部位去除，進(jìn)行復(fù)合處理，制備出新制品再利用。

下面對(duì)不同的侵蝕部位來(lái)分別描述：

1.侵蝕嚴(yán)重的工作層和過渡層：

將工作層及過渡層按下圖的工藝進(jìn)行處理制備的再生料用于造渣劑或降檔使用。

圖1工作層及過渡層處理工藝

2.非工作面(原磚層)

根據(jù)非工作面的燒結(jié)程度采用不同的處理工藝。下面以鎂碳磚和澆注料來(lái)分別描述。

①鎂碳磚主要依靠樹脂固化形成碳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使制品具有強(qiáng)度，但使用后的鎂碳磚非工作面基本不形成陶瓷結(jié)合，物料顆粒之間結(jié)合強(qiáng)度相對(duì)較弱，可采用圖2的處理工藝。

②對(duì)于用后澆注料首先進(jìn)行粗破粉碎，然后將破碎后的顆粒料置入添加劑的水溶液中進(jìn)行浸泡，以降低顆粒間的結(jié)合強(qiáng)度，浸泡后的顆粒料經(jīng)細(xì)破、除鐵、篩分、浮選提純、均化處理后制得合格的再生料，用于耐火材料的生產(chǎn)。工藝流程見圖3。

圖2用后鎂碳磚原磚層處理工藝

圖3澆注料處理工藝流程

③對(duì)于己形成陶瓷相結(jié)合的非工作層，由于材料內(nèi)部形成陶瓷相結(jié)合，物料顆粒間結(jié)合強(qiáng)度高，經(jīng)過簡(jiǎn)單的破粉碎處理后，再生料中假顆粒含量高、物料體積密度低、物料內(nèi)部氣孔率高，影響再生料的利用，因此對(duì)于這類耐火材料的再利用往往細(xì)碎過程中延長(zhǎng)破粉碎時(shí)間，通過反復(fù)研磨，以降低假顆含量，這種處理工藝生產(chǎn)的細(xì)粉量較大，細(xì)粉中雜質(zhì)含量較高。

綜上所述，為提高用后耐火材料的再利用率，耐火材料的科研人員應(yīng)將研究的重點(diǎn)放于耐火材料的再生處理工藝上及再生處理使用的特制生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)于不同品種采用不同的處理工藝，對(duì)用后耐火材料的非工作層進(jìn)行加工處理，以制備出高檔的再生耐火材料原料。

1.精料精用

經(jīng)處理后的用后耐火材料顆粒，優(yōu)先考慮再生主要耐火材料制品，細(xì)粉考慮其他用途，如冶金輔料或降級(jí)使用。

如：用后鎂碳磚→處理→顆粒→再生鎂碳磚

或→細(xì)粉→轉(zhuǎn)爐修補(bǔ)料

2.再生原來(lái)產(chǎn)品

如：用后鎂鋁磚再生鎂鋁磚，用后鎂鉻磚再生鎂鉻磚。

3.再生其他產(chǎn)品

如：用后滑板再生用于主溝料，用后鎂鉻磚再生用于引流沙。

4.降級(jí)使用

如：鋼包工作襯用后鋁鎂澆注料再生用于鋼包永久襯澆注料，用后主溝料再生用于鐵溝料。

5.消除假顆粒技術(shù)

①采用特殊處理設(shè)備，如：處理用后鎂碳磚特制碾壓設(shè)備，消除假顆粒95%以上。

②采用特殊工藝，如：水浸+攪拌+溫度。

6.分離、提純技術(shù)

采用風(fēng)選分離細(xì)粉，如：通過風(fēng)選將用后鎂碳磚石墨收集。采用選礦技術(shù)，對(duì)用后耐火材料進(jìn)行提純。

7.再生工藝技術(shù)

根據(jù)用后耐火材料再生原料特點(diǎn)，采取相應(yīng)工藝生產(chǎn)再生制品。如：顆粒級(jí)配、混練時(shí)間、結(jié)合劑種類、用量、成型壓力等都要相應(yīng)加以改變。

1.用后耐火材料來(lái)源

要清楚是什么高溫容器、什么部位、什么材質(zhì)、什么化學(xué)成分、什么相組成的用后耐火材料。

2.物料成分的均化處理

由于耐火制品等級(jí)較多，所使用的原料等級(jí)也不同，造成相同的用后耐火材料制備的再生料化學(xué)成分具有一定偏差，因此應(yīng)對(duì)再生料進(jìn)行均化處理，降低再生料由于化學(xué)成分的不同對(duì)再生制品性能的影響。

3.假顆粒的去除

假顆粒的密度較多，氣孔率大，物料的結(jié)合程度相對(duì)于新料松散，用于制備再生制品，會(huì)嚴(yán)重影響制品性能，在生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制工藝，降低假顆粒含量。

4.再生料生產(chǎn)時(shí)結(jié)合劑的選擇

由于再生料表面性狀發(fā)生變化，再制備再生磚時(shí)，應(yīng)根據(jù)再生料的情況選擇合適的結(jié)合劑及加入量進(jìn)行生產(chǎn)。

5.無(wú)害化再利用

對(duì)用后耐火材料中存在有害物質(zhì)的必須無(wú)害化后再利用，如：含有Cr6+的用后鎂鉻磚，只有將Cr6+變成Cr3+才能應(yīng)用。

6.形成陶瓷相結(jié)合的用后耐火材料的處理比較難，要采取相應(yīng)特殊工藝進(jìn)行處理。

7.有些鋼廠用后耐火材料混級(jí)堆放，由于成分復(fù)雜，只能降級(jí)使用。

8.用后耐火材料組成、礦相、結(jié)構(gòu)肯定發(fā)生變化，對(duì)再生耐火材料質(zhì)量有較大影響，必須給予充分注意，要采取相應(yīng)措施，保證再生產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

9.要考慮對(duì)用后耐火材料處理的成本問題，采用的方法、工藝要有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

10.要考慮再生耐火材料對(duì)對(duì)鋼水質(zhì)量的影響，加強(qiáng)對(duì)有害成分的控制。

1.采用各種技術(shù)對(duì)用后耐火材料進(jìn)行科學(xué)處理，有效分離出各級(jí)顆粒及細(xì)粉，作為再生制品原料用。

2.根據(jù)用后耐火材料種類不同，采取相應(yīng)技術(shù)和設(shè)備，最大限度消除假顆粒，提高再生耐火材料質(zhì)量。

3.為保證再生產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)再生原料特點(diǎn)，采用階梯式模式，按級(jí)使用。

4.對(duì)用后耐火材料要進(jìn)行有效利用、綜合利用、全部利用。既要再生各種耐火材料，也要考慮其他領(lǐng)域應(yīng)用。

用后耐火材料是重要的二次資源，國(guó)家重視，制定相關(guān)政策，限制用后耐火材料長(zhǎng)期堆放，浪費(fèi)資源，污染環(huán)境，鼓勵(lì)鋼廠、耐火材料企業(yè)對(duì)用后耐火材料開展各方面研究。相信我國(guó)今后對(duì)用后耐火材料再生利用率將不斷提高。